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Java 高级特性与实战应用解析

随着 Java 语言的广泛应用和不断演进，越来越多的开发者开始关注其高级特性。对于已经掌握 Java 基础的开发者来说，进一步提升编程能力、解决实际问题的能力，是向更高水平迈进的关键。本篇文章将深入探讨 Java 语言的几个高级特性，分析它们在实际项目中的应用场景，帮助开发者提升技能，解决常见的开发难题。

Lambda 表达式是 Java 8 引入的一个非常重要的特性，它为 Java 带来了更简洁、更灵活的代码风格，尤其是在集合处理和并行计算中，Lambda 表达式使得代码变得更加声明式。

• 事件处理：在图形化界面开发中，Lambda 表达式使得事件监听的代码更加简洁。

• 流式操作（Stream API）：Lambda 表达式和 Stream API 的结合，使得 Java 8 在数据处理和集合操作上具备了更高的抽象层次。例如，计算某个集合中所有大于 10 的数的总和：

虽然 Lambda 表达式提高了代码的简洁性和可读性，但它并不是没有代价的。在需要频繁调用 Lambda 表达式的地方，可能会有性能开销，尤其是对于简单的操作，传统的 for 循环可能更加高效。因此，在使用 Lambda 表达式时，考虑性能是非常必要的。

Java 8 引入的 Stream API 使得对集合的操作更加高效且声明式，尤其是在进行复杂的集合转换、过滤、排序等操作时，Stream API 显示了其优越性。

Stream API 也支持并行计算，尤其是在处理大量数据时，能够显著提高性能。并行流通过多线程的方式分批处理集合中的元素，在多核 CPU 上可以提升性能。

虽然并行流能提高性能，但它并不是总是适用的。在数据量较小或者处理逻辑较简单的情况下，使用并行流可能反而会带来性能开销。并行流的性能优势在于当数据量较大时，多线程能充分利用多核 CPU 的优势，减少处理时间。

Java 程序运行时，JVM 会将内存分为多个区域，最重要的几个区域包括：

• 堆（Heap）：用于存储 Java 对象，是 GC 的主要对象区域。
• 栈（Stack）：每个线程都会有自己的栈，存储局部变量和方法调用。
• 方法区（Method Area）：存储类的元数据、常量池、静态变量等。

了解这些内存区域的工作原理，能够帮助开发者更好地理解垃圾回收机制和内存管理。

JVM 使用垃圾回收（GC）来管理堆内存中的对象。常见的垃圾回收算法有：

• 串行垃圾回收器：适用于单核系统，性能较差。
• 并行垃圾回收器：适用于多核系统，可以并行处理多个垃圾回收线程。
• G1 垃圾回收器：适用于大内存的应用，能够更精准地控制垃圾回收的暂停时间。

为了优化 Java 程序的性能，开发者需要根据应用的特点选择合适的垃圾回收器，并调整 JVM 启动参数，例如调整堆大小和垃圾回收线程数。

• 分析瓶颈：使用 VisualVM 或 JProfiler 等工具分析程序的内存、CPU 使用情况，定位性能瓶颈。
• 内存优化：通过减少对象创建的数量、合并小对象、避免过多的内存分配来优化内存使用。
• 多线程优化：在多线程应用中，通过合理使用线程池、避免过多的锁竞争等方式，提升并发性能。

设计模式是解决常见问题的标准方案，在实际项目中，设计模式能有效提高代码的可扩展性和可维护性。以下是几个常见的设计模式及其在 Java 中的应用场景：

• 单例模式：保证一个类只有一个实例，并提供全局访问点。在多线程环境下，可以使用 enum 实现单例，避免了线程安全问题。
• public enum Singleton { INSTANCE; }
• 工厂模式：用于创建对象的模式，封装了对象的创建过程。在 Java 中，常见的应用场景是数据库连接池、日志库等。
• public class CarFactory { public static Car createCar(String type) { if (\”SUV\”.equals(type)) { return new SUV(); } else if (\”Sedan\”.equals(type)) { return new Sedan(); } return null; } }

随着业务需求的增长，架构设计的重要性愈加突出。Java 开发者常用的架构设计模式包括：

• 微服务架构：通过拆分单一应用为多个小的服务，每个服务独立部署和运行，彼此之间通过 API 通信。Spring Boot 和 Spring Cloud 是实现微服务架构的常用框架。
• 分层架构：通常将应用划分为表示层（前端）、业务层（服务）、数据访问层（DAO）等，保证代码的高内聚和低耦合。
• CQRS（命令查询职责分离）：将系统中的查询和命令操作分离，能够提高系统的扩展性和性能，特别是在需要高并发的系统中。

本篇文章深入探讨了 Java 中的一些高级特性及其实际应用场景，包括 Lambda 表达式、Stream API、JVM 优化以及设计模式等。掌握这些高级特性，不仅能提高开发效率，还能帮助开发者解决实际问题，提升代码质量和系统性能。对于 Java 开发者来说，不断学习和实践这些高级特性，才能在快速发展的技术浪潮中站稳脚跟，成为真正的高级开发者。

高级的Java开发需要掌握哪些能力？阿里大牛亲身经历

很多工作了一段时间的程序员可能都经历过这些：

已经工作了2、3年，也接手了不少的项目，升职加薪却遥遥无期，眼看和自己一起出来打拼的老同事已经年薪50W，自己只有干瞪眼的份儿。

自己的岗位已经进入了瓶颈期，公司也接触不到新技术，对未来的职业发展产生疑惑。

看着自己的年龄逐渐逼近35岁，可市场环境不好，想要换一个薪资高的工作并不容易，如何提高技能成为了首要大事。

每个JAVA工程师应该都怀抱着一颗拿高薪入大厂的梦想，但到底如何快速进阶才能极高薪资，拿到45K呢？本期笔者采访了一些过来人的经验，以供大家参考。

作为45K的开发工程师，在技术方面一定是十分稳固的，目前市场上的那些互联网主流技术都需要会掌握，下面给大家梳理一下目前互联网公司的主流技术都有哪些。

对于进阶型的JAVA工程师而言，主要应该学习的几大技能如下：数据结构和算法、Java高级特性、Java web核心、数据库、Java框架与必备工具、系统架构设计等，下面就给大家依次介绍一下这些技巧的特点。

01

并发编程

用编程语言编写让计算机可以在一个时间段内执行多个任务的程序。包括：集合框架（源码）、工具类、框架Spring、SpringMVC等。

02

设计模式

设计模式（Design Pattern）是前辈们对代码开发经验的总结，是解决特定问题的一系列套路。它不是语法规定，而是一套用来提高代码可复用性、可维护性、可读性、稳健性以及安全性的解决方案。

常见常用的设计模式有：工厂模式、代理模式等。

03

分布式架构

用比较白话的方式来表达，分布式架构的理念就是：“分工协作，专人做专事”

举个例子来说，你是你们公司唯一的程序员，前端后端都需要你来负责，当公司逐渐做大做强后，业务需求量上来了，你自己忙不过来了，这时候你老板帮你招了一个前端，你只需要负责后端的工作也可以了，这就是分布式的意思。

分布式架构包含但不限于Zookeeper、Dubbo、消息队列（ActiveMQ、Kafka、RabbitMQ）、Nosql（Redis、MongoDB）、Niginx、分库分表MyCat、Netty等内容。

04

微服务

要理解微服务，首先要先理解不是微服务的那些。通常跟微服务相对的是单体应用，即将所有功能都打包成在一个独立单元的应用程序。从单体应用到微服务并不是一蹴而就的，这是一个逐渐演变的过程。

05

JVM性能优化

VM性能调优涉及到方方面面的取舍，往往是牵一发而动全身，需要全盘考虑各方面的影响。但也有一些基础的理论和原则，理解这些理论并遵循这些原则会让你的性能调优任务将会更加轻松。

除了技能方面外，终身学习也是一名JAVA工程师必要的技能，笔者认识一位朋友，是有着13年经验的JAVA工程师，如何成为月薪过45K的程序员，他给了我们如下的建议。

1、学习的目的是为了有更多的选择权

我们都知道进阶的首要要素还是技术方面，不论身处在哪个行业，技能点点的越多，你就能够将树木灌溉的更加高大一些。当你会的技能越多，你的价值也会更加大一些。所以作为想要达到45K的程序员而言，只有不断增值自己往高阶技术方向发展，职业道路才能得到进一步的扩伸。

2、不要沉浸在舒适圈里

互联网行业发展迅速，作为从事IT岗位的我们，新技术也层出不穷，有些程序员由于一直沉浸于舒适圈而放弃了学习，或是学习了一段时间便放弃了，没有持之以恒，最终导致被时代淘汰。

互联网是没有舒适圈的，当我们止步不前时就说明自己已经在退步了。一个优秀的JAVA工程师是需要能够时刻跟得上互联网的发展的。

3、遇到中年危机怎么办？

有的人说，即使技术掌握的再好，到了40岁还是白搭，笔者接触过很多开发，遇到过最多的问题也是，到了40岁，我还可以写代码吗？这些问题，我们将他笼统的归结为中年危机。

笔者也采访了很多过来人，他们表示，之所以中年危机这个概念如此火热，是因为之间一直存在着误区。

难道只有程序员有中年危机吗?不是的，每个行业都会存在中年危机，我们又该如何克服呢？其实无非只有以下几点路线，并且都需要我们未雨绸缪，在年轻时就做好准备：

纯技术路线：架构师/技术专家→首席/资深专家→研究员→合伙人

管理路线：技术管理→一线经理→高级经理→职业经理人

转行：转岗→新征程

转行：找个能够养老的工作→新征程

发展第二职业、创业：原始积累→投资理财

写在最后

总结一下，其实成为45K的程序员对于大多数人而言还是十分有难度的，并且程序员的职业生涯是很短暂的，我们一定要事先做好规划。同时要有危机感，要有备选方案，不要等到自己走进死胡同里之后再后悔。祝福大家都能在自己的职业生涯中走的一帆风顺。

（部分图片来源于网络，侵删）

Java这个高级特性，很多人还没用过

泛型是 Java 的高级特性之一，如果想写出优雅而高扩展性的代码，或是想读得懂一些优秀的源码，泛型是绕不开的槛。本文介绍了什么是泛型、类型擦除的概念及其实现，最后总结了泛型使用的最佳实践。

想写一下关于 Java 一些高级特性的文章，虽然这些特性在平常实现普通业务时不必使用，但如果想写出优雅而高扩展性的代码，或是想读得懂一些优秀的源码，这些特性又是不可避免的。

如果对这些特性不了解，不熟悉特性的应用场景，使用时又因为语法等原因困难重重，很难让人克服惰性去使用它们，所以身边总有一些同事，工作了很多年，却从没有用过 Java 的某些高级特性，写出的代码总是差那么一点儿感觉。

为了避免几年后自己的代码还是非常 low，我准备从现在开始深入理解一下这些特性。本文先写一下应用场景最多的泛型。

首先来说泛型是什么。泛型的英文是 generic，中文意思是通用的、一类的，结合其应用场景，我理解泛型是一种 通用类型。但我们一般指泛型都是指其实现方式，也就是 将类型参数化

对于 Java 这种强类型语言来说，如果没有泛型的话，处理相同逻辑不同类型的需求会非常麻烦。

如果想写一个对 int 型数据的快速排序，我们编码为（不是主角，网上随便找的=_=）：

可是如果需求变了，现在需要实现 int 和 long 两种数据类型的，那么我们需要利用 Java 类方法重载功能，复制以上代码，将参数类型改为 double 粘贴一遍。可是，如果还要实现 float、double 甚至字符串、各种类的快速排序呢，难道每添加一种类型就要复制粘贴一遍代码吗，这样未必太不优雅。

当然我们也可以声明传入参数为 Object，并在比较两个元素大小时，判断元素类型，并使用对应的方法比较。这样，代码就会恶心在类型判断上了。不优雅的范围小了一点，并不能解决问题。

这时，我们考虑使用通用类型（泛型），将方法的参数设置为一个通用类型，无论什么样的参数，只要实现了 Comparable 接口，都可以传入并排序。

那么，可以总结一下泛型的应用场景了，当遇到以下场景时，我们可以考虑使用泛型：

• 当参数类型不明确，可能会扩展为多种时。
• 想声明参数类型为 Object，并在使用时用 instanceof 判断时。

需要注意，泛型只能替代Object的子类型，如果需要替代基本类型，可以使用包装类，至于为什么，会在下文中说明。

然后我们来看一下，泛型怎么用。

泛型的声明使用 <占位符 [,另一个占位符] > 的形式，需要在一个地方同时声明多个占位符时，使用 , 隔开。占位符的格式并无限制，不过一般约定使用单个大写字母，如 T 代表类型（type），E 代表元素*（element）等。虽然没有严格规定，不过为了代码的易读性，最好使用前检查一下约定用法。

泛型指代一种参数类型，可以声明在类、方法和接口上。

我们最常把泛型声明在类上：

把泛型声明在方法上时：

最后是在接口中声明泛型，如上面的中，我们使用了 Comparable<T> 的泛型接口，与此类似的还有 Searializable<T> Iterable<T>等，其实在接口中声明与在类中声明并没有什么太大区别。

然后是泛型的调用，泛型的调用和普通方法或类的调用没有什么大的区别，如下：

讲泛型不可不提类型擦除，只有明白了类型擦除，才算明白了泛型，也就可以避开使用泛型时的坑。

严格来说，Java的泛型并不是真正的泛型。Java 的泛型是 JDK1.5 之后添加的特性，为了兼容之前版本的代码，其实现引入了类型擦除的概念。

类型擦除指的是：Java 的泛型代码在编译时，由编译器进行类型检查，之后会将其泛型类型擦除掉，只保存原生类型，如 Generics<Long> 被擦除后是 Generics，我们常用的 List<String> 被擦除后只剩下 List。

接下来的 Java 代码在运行时，使用的还是原生类型，并没有一种新的类型叫 泛型。这样，也就兼容了泛型之前的代码。

如以下代码：

结果 longList 和 stringList 输出的类型都为 class java.util.ArrayList，两者类型相同，说明其泛型类型被擦除掉了。

实际上，实现了泛型的代码的字节码内会有一个 signature 字段，其中指向了常量表中泛型的真正类型，所以泛型的真正类型，还可以通过反射获取得到。

那么类型擦除之后，Java 是如何保证泛型代码执行期间没有问题的呢？

我们将一段泛型代码用 javac 命令编译成 class 文件后，再使用 javap 命令查看其字节码信息：

我们会发现，类型里的 T 被替换成了 Object 类型，而在 main 方法里 getField 字段时，进行了类型转换(checkcast)，如此，我们可以看出来 Java 的泛型实现了，一段泛型代码的编译运行过程如下：

1. 编译期间编译器检查传入的泛型类型与声明的泛型类型是否匹配，不匹配则报出编译器错误；
2. 编译器执行类型擦除，字节码内只保留其原始类型；
3. 运行期间，再将 Object 转换为所需要的泛型类型。

也就是说：Java 的泛型实际上是由编译器实现的，将泛型类型转换为 Object 类型，在运行期间再进行状态转换。

由上，我们来看使用泛型时需要注意的问题：

上文中提到实现泛型时声明的具体类型必须为 Object 的子类型，这是因为编译器进行类型擦除后会使用 Object 替换泛型类型，并在运行期间进行类型转换，而基础类型和 Object 之间是无法替换和转换的。

如：Generics<int> generics = new Generics<int>(); 在编译期间就会报错的。

泛型虽然为通用类型，但也是可以设置其通用性的，于是就有了边界限定通配符，而边界通配符要配合类型擦除才好理解。

<? extends Generics> 是上边界限定通配符，避开 上边界 这个比较模糊的词不谈，我们来看其声明 xx extends Generics， XX 是继承了 Generics 的类（也有可能是实现，下面只说继承），我们按照以下代码声明：

我们会发现最后一行编译报错，至于为什么，可以如此理解：XX 是继承了 Generics 的类，List 中取出来的类一定是可以转换为 Generics，所以 get 方法没问题；而具体是什么类，我们并不知道，将父类强制转换成子类可能会造成运行期错误，所以编译器不允许这种情况；

而同理 <? super Generics> 是下边界限定通配符， XX 是 Generics 的父类，所以：

使用前需要根据这两种情况，考虑需要 get 还是 set， 进而决定用哪种边界限定通配符。

当然，泛型并不是一个万能容器。什么类型都往泛型里扔，还不如直接使用 Object 类型。

什么时候确定用泛型，如何使用泛型，这些问题的解决不仅仅只依靠编程经验，我们使用开头的例子整理一下泛型的实践方式：

1. 将代码逻辑拆分为两部分：通用逻辑和类型相关逻辑；通用逻辑是一些跟参数类型无关的逻辑，如的元素位置整理等；类型相关逻辑，顾名思义，是需要确定类型后才能编写的逻辑，如元素大小的比较，String 类型的比较和 int 类型的比较就不一样。
2. 如果没有类型相关的逻辑，如 List 作为容器不需要考虑什么类型，那么直接完善通用代码即可。
3. 如果有参数类型相关的逻辑，那么就需要考虑这些逻辑是否已有共同的接口实现，如果已有共同的接口实现，可以使用边界限定通配符。如的元素就实现了 Compare 接口，Object 已经实现了 toString() 方法，所有的打印语句都可以调用它。
4. 如果还没有共同的接口，那么需要考虑是否可以抽象出一个通用的接口实现，如打印人类的衣服颜色和动物的毛皮颜色，就可以抽象出一个 getColor() 接口，抽象之后再使用边界限定通配符。
5. 如果无法抽象出通用接口，如输出人类身高或动物体重这种，还是不要使用泛型了，因为不限定类型的话，具体类型的方法调用也就无从谈起，编译也无法通过。

我将以上步骤整理了一个流程图，按照这个图，我们可以快速得出能不能用泛型，怎么用泛型。

好好理了一下泛型，感觉收获颇多，Java 迷雾被拨开了一些。这些特性确实挺难缠，每当自己觉得已经理解得差不多的时候，过些日子又觉得当初理解得还不够。重要的还是要实践，在使用时会很容易发现疑惑的地方。

本文作者及来源:Renderbus瑞云渲染农场https://www.renderbus.com